Proteinstruktur und Elektrostatik von beta-Lactoglobulin unter Hochdruck

Inhaltsverzeichnis

• Einleitung
• B-Lactoglobulin
  • Thermisch induzierte Veränderungen des B-Lactoglobulin
  • Druckinduzierte Veränderungen des ẞ-Lactoglobulin
  • Modifikationen durch den pH-Wert
  • Experimentelle Untersuchungen
• Angewandte Methode: Molekularmechanik
  • Ensembles und Ergodizität
  • Nichtbindende Kräfte
  • Kovalente Verknüpfungen
  • Berechnungsalgorithmen
  • MD-Simulationen
  • CHARMM
  • Vorbereitung und Starten der Simulation
• Angewandte Methode: Elektrostatik
  • Die Poisson-Boltzmann-Gleichung
  • Lösen der Poisson-Boltzmann-Gleichung mit dem Programmpaket Delphi
  • Wahl der Dielektrizitätkonstanten
  • Vorbereitung und Starten der Elektrostatikberechnungen
  • Solvatisierungsenergie
  • Berechnung von Bindungsenergien
  • pKs-Wert Berechnungen
  • Numerische Stabilität der Lösungen
• Ergebnisse
  • Volumen- und Oberflächenänderungen des Proteins
  • Eindringen von Wassermolekülen in das Protein und Exponierung des Cystein 121
  • Radiale Wasserverteilung – Hydrathülle des Proteins
  • Gyrationsradius
  • Konformationsänderungen
  • Kompressibilität einzelner Strukturelemente
  • Anteil der Elektrostatik an der Bindungsenergie der Monomere
  • pKs-Wert des Glu8
• Zusammenfassung

Zielsetzung und Themenschwerpunkte

Diese Arbeit untersucht die Auswirkungen von Hochdruck auf das hydratisierte B-Lactoglobulin-Dimer mithilfe von Molekularmechanik und Kontinuumselektrostatik. Ziel ist es, die Konformationsänderungen des Proteins zu verstehen, insbesondere die Exponierung von Cystein 121, das Eindringen von Wassermolekülen, die Volumenänderungen und den Einfluss dieser Änderungen auf die Bindungsenergie der Monomere und den pKs-Wert von Glu89.

• Einfluss von Hochdruck auf die Konformation von B-Lactoglobulin
• Exponierung von Cystein 121 und Eindringen von Wassermolekülen
• Volumenänderungen und Auswirkungen auf die Hydrathülle
• Bindungsenergie der Monomere und der pKs-Wert von Glu89
• Anwendung von Molekularmechanik und Kontinuumselektrostatik

Zusammenfassung der Kapitel

Die Einleitung führt in die Thematik der Hochdruckbehandlung von Lebensmitteln ein und erläutert die Vorteile gegenüber herkömmlichen Verfahren. Sie stellt die molekulardynamische Simulation als Forschungsinstrument vor und skizziert den aktuellen Stand der Forschung in diesem Bereich. Die Arbeit konzentriert sich auf die Untersuchung des Einflusses von Hochdruck auf das B-Lactoglobulin-Dimer.

Kapitel 2 stellt B-Lactoglobulin und seine Eigenschaften im Detail vor. Es behandelt thermisch und druckinduzierte Veränderungen sowie Modifikationen durch den pH-Wert und erläutert die für die Untersuchung angewandte Methode der Molekularmechanik.

Kapitel 3 beschreibt die verwendeten Methoden der Molekularmechanik und Elektrostatik. Es werden Ensembles, nichtbindende Kräfte, Kovalente Verknüpfungen und Berechnungsalgorithmen erläutert. Die Anwendung des CHARMM-Programms und die Vorbereitung der Simulationen werden detailliert dargestellt. Kapitel 4 befasst sich mit der Methode der Elektrostatik. Die Poisson-Boltzmann-Gleichung wird vorgestellt, sowie ihre Lösung mit dem Programmpaket Delphi. Die Wahl der Dielektrizitätkonstanten und die Vorbereitung der Elektrostatikberechnungen werden dargestellt. Die Berechnung von Bindungsenergien und pKs-Werten wird behandelt.

Schlüsselwörter

Hochdruck, B-Lactoglobulin, Molekularmechanik, Kontinuumselektrostatik, Konformationsänderungen, Exponierung, Hydrathülle, Bindungsenergie, pKs-Wert, Simulation, CHARMM, Delphi.